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我们要设法勾画出整个宇宙的元素和核素丰度了,这是一项多么艰巨的任务。宇宙是如此之大,其时间尺度至少在一百几十亿年,而我们现在测定的宇宙物质实际上只是沧海中的几滴水,可能比这还少。用现有的数据去描绘宇宙组成,实在比瞎子摸象的情形都不如。-----------------------------------------然而,宇宙化学家不畏艰辛,孜孜不倦地探求宇宙的元素丰度。最早在1947年,休斯就尝试将核性质结合有限的分析结果提出宇宙的元素丰度,他利用核的奇偶性质和幻数核等方法至今仍是正确的。稍后,他与尤里合作绘制了最早的宇宙元素丰度图。他们主要依据前面提到的太阳光谱、星际光谱和陨石数据,还利用了少量地球样品的分析结果。经过几十年的修订和补充,现在已基本被公认的宇宙丰度示于图1。从这张图中,我们可以归纳出下述一些重要结论。-----------------------------------------[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/02/200902251119_135271_1626579_3.jpg[/img] 图1. 宇宙的元素(核素)丰度随质量数的变化关系(以Si=106为标准)[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/02/200902251122_135273_1626579_3.jpg[/img] 图2. 相对于106Si原子数的丰度-----------------------------------------我们把太阳系元素丰度的各种数值先取对数,随后对应其原子序数作曲线图(如上图),就会发现太阳系元素丰度具有以下规律:1.所有元素中,氢和氦的丰度最大,两者约占宇宙质量的98%以上,而所有其他元素的质量之和不足2%。2.原子序数较低的元素区间,元素丰度大体上随质量数增加而下降;而在原子序数较大的区间(Z>45),到质量数大于100之后,下降趋势变缓,各元素丰度值很相近;3.在铁的位置处,有一个明显的丰度峰。4.氘、锂和铍与其邻近的氢、氦、碳、氮、氧相比,丰度小得多。5.在较轻的核中(到钪为止),质量数为4的倍数的核(例如16O、20Ne、24Mg、28Si)的丰度比邻近核的大。这称为奥得规则。6.原子序数为偶数的核的丰度比其邻近的奇数核的高。具有偶数质子数(P)或偶数中子数(N)的核素丰度总是高于具有奇数P或N的核素,这一规律称为Oddo-Harkins(奥多--哈根斯)法则,亦即奇偶规律;7.在某些质量数处,质量数为4的倍数(即α粒子质量的倍数)的核素或同位素具有较高丰度,例如 80、 88、 90、 130、138、196和208的核的丰度比邻近核的高。此外还有人指出,原子序数(Z)或中子数(N)为“幻数”(2、8、20、50、82和126等)的核素或同位素丰度最大,例如,4He(Z=2,N=2)、16O(Z=8,N=8)、40Ca(Z=20,N=20)和140Ce(Z=58,N=82)等都具有较高的丰度。这即为幻数效应。8. Li、Be和B具有很低的丰度,属于强亏损的元素,而O和Fe呈现明显的峰,为过剩元素。比铁重的核中,丰中子核的丰度比丰质子核的高。-------------------------------------上述宇宙元素丰度特征十分重要,它们是检验元素起源学说的试金石。详细的宇宙元素丰度数据可参见表1,表中还列出了它们可能的核合成过程。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/02/200902251126_135274_1626579_3.jpg[/img]通过对上述规律的分析,人们认识到太阳系元素丰度与元素原子结构及元素形成的整个过程之间存在着某种关系: 1.与元素原子结构的关系。原子核由质子和中子组成,其间既有核力又有库仑斥力,但中子数和核子数比例适当时,核最稳定,而具有最稳定原子核的元素一般分布最广。在原子序数(Z)小于20的轻核中,中子(N)/质子(P)=1时,核最稳定,为此可以说明4He(Z=2,N=2)、16O(Z=8,N=8)、40Ca(Z=20,N=20)等元素丰度较大的原因。又如偶数元素与 偶数同位素的原子核内,核子倾向成对,它们的自旋力矩相等,而方向相反,量子力学证明,这种核的稳定性较大,因而偶数元素和偶数同位素在自然界的分布 更广; 2.与元素形成的整个过程有关。H、He的丰度占主导地位和Li、Be、B等元素的亏损可从元素的起源和形成的整个过程等方面来分析。根据恒星合成元素的假说,在恒星高温条件下(n×106K),可以发生有原子(H原子核)参加的热核反应,最初时刻H的“燃烧”产生He,另外在热核反应过程中Li、Be、B迅速转变为He的同位素42He, 因此太阳系中Li、Be、B等元素丰度偏低可能是恒星热核反应过程中被消耗掉了的缘故。-------------------------------------读者可能会问,图1和附录二果真代表宇宙的元素(核素)丰度吗?回答当然是不确定的,或者严格地说,它们只能是太阳系丰度。既然这样,读者可能会继续发问,为什么我们将图1称为宇宙元素丰度图?对这一问题,我们可以从两方面来回答:第一,人类对客观世界的认识是一个循序渐进的过程,就如从牛顿的万有引力到爱因斯坦的相对论。限于我们目前对宇宙丰度的最好认识就是这样,我们没有理由为这种丰度图象可能只描述了宇宙的一小部分,或者只描述了宇宙的历史长河的有限一段,而对这种丰度有过多的非难。我们在利用这种宇宙丰度的同时,记住它的局限性就可以了,并准备在将来用更确切的数据对此加以修正。第二,就目前的宇宙学概念而言,太阳系还是有代表性的。我们在前面讲到,太阳现正处于主星序阶段,氢燃烧大约已进行了46亿年。我们还知道,宇宙中的恒星可分为三代。第一代恒星是最早形成的大质量星体,几乎完全由氢和氦组成,由于其质量大,核聚变燃烧阶段很短,并早以超新星爆发形式寿终正寝,但这一代恒星形成的新的重元素可作为后代恒星的原料。在我们的银河系中,现已没有这类恒星了。下一代恒星,即第二代恒星的形成方式与第一代相同,但其质量较小,因此寿命较长,它们除了氢和氦外,还含有约1%的较重元素(例如碳和氧)。至于太阳,属于第三代恒星,除了氢和氦外,还含有约2%以上的重元素,这些重元素来自第一代和(或)第二代恒星,因此太阳系的重元素丰度是与上代恒星核合成过程密切相关的,可以反映星际核合成的特征。由此可见,我们用太阳系丰度作为宇宙丰度的近似值是有理论基础的。---------------------------------------许多恒星、银河系和星际物质的元素丰度分布与太阳系的元素丰度分布相一致,因此习惯上把太阳系元素丰度称为“宇宙”丰度。实际上,也有许多天体的元素丰度分布与太阳系丰度分布有明显的偏差。银河系中心附近的重元素丰度富于旋臂处的丰度,这种丰度差别的研究对于宇宙中元素的形成和银河系的化学演化研究具有重要价值。
[size=3][font=宋体]与[/font][font=Times New Roman]MRI[/font][font=宋体],[/font][font=Times New Roman]CT[/font][font=宋体]等其他影像设备不同,[/font][font=Times New Roman]PET[/font][font=宋体]是一种高级的医学影像设备,它利用组织中分布的正电子标记的放射性药物所产生的光子信息来获得病变组织的影像及其定量指标。这些放射性药物在体内的转运、代谢、分布和动力学状态通过正电子核素示踪而显示,反映相应组织的生理生化特性,它可使疾病在开始出现症状之前,进行评价和诊断,观察其发展过程,为治疗方案的制定提供客观的依据。[/font][/size][size=3][font=Times New Roman] [/font][font=宋体]正电子放射性药物是实施[/font][font=Times New Roman]PET[/font][font=宋体]显像的先决条件之一,为了满足[/font][font=Times New Roman]PET[/font][font=宋体]的常规临床应用必须选择有效的放射性药物。现在,在许多的临床[/font][font=Times New Roman]PET[/font][font=宋体]中心已开发了许多有价值的正电子示踪剂,并广泛的应用于基础和临床研究。这些正电子示踪剂大多使用[/font][font=Times New Roman][sup]11[/sup]C[/font][font=宋体],[/font][font=Times New Roman][sup]13[/sup]N[/font][font=宋体],[/font][font=Times New Roman][sup]15[/sup]O[/font][font=宋体]和[/font][font=Times New Roman][sup]18[/sup]F[/font][font=宋体]等正电子核素进行标记,由于它们的半衰期很短,因此这些核素必须用小型的回旋加速器适时生产,并在较短的时间内标记合成出适宜的正电子示踪剂进行[/font][font=Times New Roman]PET[/font][font=宋体]显像。[/font][/size][size=3][font=宋体]目前,在全世界的很多[/font][font=Times New Roman]PET[/font][font=宋体]中心已开发了多种正电子示踪剂,并应用于探查血流、氧代谢、葡萄糖代谢、蛋白质合成和神经递质活动等。这些放射性药物必须具备如下的标准:①器官的摄取性,即反映重要的和可鉴定的生理生化过程;②摄取程度,即对疾病、药物、或刺激等所引起的生理或生化改变是敏感的;③进行定量,即能够测量感兴趣区([/font][font=Times New Roman]ROI[/font][font=宋体])的放射性浓度,并与通常使用的示踪剂动力模式一致;④有效性,即安全可靠的合成或由其他[/font][font=Times New Roman]PET[/font][font=宋体]中心供给。[/font][/size][font=宋体]小型医用回旋加速器是[/font][font='Times New Roman']PET[/font][font=宋体]中心的基本配置,它普遍使用质子和氘核两种加速粒子轰击特定的靶物质,生产出以适当化学形式存在的正电子核素。[/font]
核素是指具有特定质量数、原子序数和核能态,而且其寿命又长到足以被观察的一类原子。 核素可以分为两大类,一类核素是稳定的核素,另一类核素是不稳定的。不稳定的核素可以自发地蜕变为另外元素的核素,这一过程叫做放射性衰变。在放射性衰变过程中,会从核内放出粒子、粒子、光子粒子、俘获轨道电子等一种或几种射线。这种不稳定核素放出射线的特性叫做放射性。能放出射线的不稳定核素叫做放射性核素。例如,碳-14是放射性核素,它衰变成氮-14、氮-14是稳定核素。钡-140是放射性核素,它衰变成镧-140,它也是放射性核素,它又衰变成铈-140(稳定性核素)。现在已知的107种元素的1900多种同位素中,大约有近300种核素是稳定的核素,有大约1600种放射性核素,其中有1500多种是人工放射性核素,约有60种是天然放射性核素。 放射性衰变的种类 根据核素衰变时所放出的射线种类不同而分为α衰变、β-衰变、β+衰变、电子俘获和γ衰变等 放射性衰变的规律 放射性是放射性核素所具有的特性,它不受外来因素,如温度、压力、化学变化和磁场等的影响。衰变的速度主要取决于核的特性。放射性核素的每一个衰变并不是同时发生的,而是有先有后,是一个统计过程。放射性核素在单位时间内衰变的原子核数与该时间内尚未衰变的总的原子核数成正比。衰变常数是表示不同的放射性核素的衰变速度,反映不同放射性核素衰变特征的量。不同的放射性核素有不同的衰变常数,半衰期是放射性核素特征的另一种表示法,它的定义是放射性核素的原子核数因衰变而减少到它原来数目的一半所需要的时间。半衰期和衰变常数之间的关系是: T1/2=0.693/λ 其中T1/2是半衰期 λ是衰变常数 放射性活度和单位 在实际应用中,常常关心的不只是放射性核素的原子序数,而对单位时间里衰变的原子核数更感兴趣。因此,引用了一个新的物理量,即放射性活度A。所谓放射性活度A是指一定量的放射性核素在单位时间里衰变数。放射性活度的单位是可勒尔,简称为贝可,符号为Bq。1Bq=1个衰变/秒。以前用的放射性活度单位是居里(Ci),居里与贝可的关系是: 1居里=3.7×1010贝可